发光二极管电光特性及其应用

通过发光二极管(LED)的光电特性实验,测量了LED的伏安曲线、发光强度、光谱分布、峰值波长和视角特征,依据LED的光电特性对实验进行了扩展,验验证了最基本的颜色理论———三基色原理,并运用波分复用原理实现了多路信号的传输.     

光电耦合器的反应堆中子辐射效应

选择3种典型光电耦合器开展了反应堆中子辐照实验,中子注量为3×1011~5×1012cm-2时,位移效应导致电流传输比下降,饱和压降提高。发光器件相同,探测器为Si PIN光电二极管的光电耦合器比探测器为Si NPN光敏晶体管的光电耦合器的初始电流传输比要小,但其抗位移损伤能力更强。探测器均为Si NPN光敏晶体管,发光器件为异质结LED要比硅两性掺杂LED的光电耦合器的电流传输比抗位移损伤能力提高2个量级;以光敏晶体管为探测器的光电耦合器,在较大的正向电流和输出负载电阻条件下工作可提高抗辐射水平。此外,光电耦合器的位移损伤存在加电退火效应。     

光电耦合器的反应堆中子辐射效应

 选择3种典型光电耦合器开展了反应堆中子辐照实验,中子注量为3×10¹¹~5×10¹²cm^-2时,位移效应导致电流传输比下降,饱和压降提高。发光器件相同,探测器为Si PIN光电二极管的光电耦合器比探测器为Si NPN光敏晶体管的光电耦合器的初始电流传输比要小,但其抗位移损伤能力更强。探测器均为Si NPN光敏晶体管,发光器件为异质结LED要比硅两性掺杂LED的光电耦合器的电流传输比抗位移损伤能力提高2个量级;以光敏晶体管为探测器的光电耦合器,在较大的正向电流和输出负载电阻条件下工作可提高抗辐射水平。此外,光电耦合器的位移损伤存在加电退火效应。     

基于1.06μm波长的谐振腔型石墨烯光电探测器的信噪比分析

雪崩光电二极管由于具有高增益特性而广泛应用于激光测距机中,但由于在电流倍增过程中引入的高附加噪声,使激光测距机进一步提高信噪比遇到了瓶颈。石墨烯具有高电子迁移率、零带隙结构、独特光吸收系数等特性使其广泛应用于激光器、光调制器、透明电极以及超快光电探测器。该研究提出了一种高信噪比的谐振腔型石墨烯光电探测器的设计方法。以波长为1.06μm的激光为例,采用光学传输矩阵法和散射矩阵法,研究了光波在谐振腔传输和吸收层吸收的机理,建立了谐振腔型光电探测器的光吸收模型,通过优化,器件最终量子效率达到91.2%,响应度达到0.778A·W~(-1),半高全宽达到6nm;分析石墨烯在谐振腔中的位置对器件吸收率的影响,发现在满足谐振条件下,器件吸收率随石墨烯位置呈现周期性变化,腔长的改变不改变吸收率峰值,而是改变了吸收率峰值对应的石墨烯在谐振腔中的位置,当腔长是入射光半波长的n倍时,随着石墨烯位置变化,将出现2n个吸收率峰值,且关于谐振腔中心点对称分布;选择石墨烯距顶层反射镜0.402 8μm时,器件吸收率达到94%,相比单层石墨烯,吸收率提高了16dB;通过对比求解谐振腔型石墨烯光电探测器和雪崩光电二极管信噪比方程,得出谐振腔型石墨烯光电探测器信噪比可达到90.3,较雪崩光电二极管提高了10dB;理论分析表明,谐振腔型石墨烯光电探测器具有高吸收率、高量子效率和高信噪比,研究成果将对激光测距机接收系统中光电探测器的更新设计和应用提供理论参考。     

多波长双二进制载波抑制归零码光分组产生方法研究

为了简化多波长光分组交换系统的发送端结构,提出了一种基于马赫-曾德尔延时干涉仪(MZDI)器件实现多波长双二进制载波抑制归零码(DCS-RZ)格式的光分组产生方法。该方法采用单个MZDI器件将波分复用(WDM)差分相移键控(DPSK)净荷信号转换成WDM DCS-RZ净荷信号,同时完成WDM非归零码(NRZ)标签与净荷信号的耦合,得到WDM DCS-RZ光分组信号。通过4×40 Gb/s DCS-RZ光分组信号产生、传输和分离仿真实验,验证了方法的可行性。仿真结果表明:240 km光纤传输后,净荷在经过法布里-珀罗(F-P)滤波器分离后接收灵敏度仅下降1.8 d B。     

多波长双二进制载波抑制归零码光分组产生方法研究EI北大核心CSCD

为了简化多波长光分组交换系统的发送端结构,提出了一种基于马赫-曾德尔延时干涉仪(MZDI)器件实现多波长双二进制载波抑制归零码(DCS-RZ)格式的光分组产生方法。该方法采用单个MZDI器件将波分复用(WDM)差分相移键控(DPSK)净荷信号转换成WDM DCS-RZ净荷信号,同时完成WDM非归零码(NRZ)标签与净荷信号的耦合,得到WDM DCS-RZ光分组信号。通过4×40 Gb/s DCS-RZ光分组信号产生、传输和分离仿真实验,验证了方法的可行性。仿真结果表明:240 km光纤传输后,净荷在经过法布里-珀罗(F-P)滤波器分离后接收灵敏度仅下降1.8 d B。     

基于LED光谱可调谐光源的光电探测器相对光谱响应测量研究

提出了采用LED光谱可调谐光源测量光电探测器相对光谱响应,详细论述了测量原理和算法,计算中将辐射传输积分方程改写成求和方程,求和值与积分值的近似程度与波长间隔大小的选择有关,仿真分析了不同色温黑体作为探测目标时硅光电探测器和CCD在不同波长间隔下的信号求和值与积分值差异。仿真结果表明：10 nm波长间隔时,探测器信号求和值和积分值差异在0.2%以内,是波长间隔的理想值。最后分析了影响该方法测量精度的因素及其解决方案。该测量方法结构简单,避免了单色仪等仪器的测量传递误差。     

基于色散位移光纤中四波混频效应的2×40 Gb/s全光3R再生系统

利用色散位移光纤(DSF)中四波混频效应在闲频光波长处增益的指数增长特性及增益饱和特性,提出了一种基于恶化信号抽运的2×40Gb/s的双波长全光3R(再放大、再整形、再定时)再生实验方案。对再生原理做了理论分析和实验验证,完成了1550.92nm和1557.36nm两个波长上不同恶化信号的全光再生实验,将恶化信号的接收机灵敏度分别由-20.3dBm、-20.4dBm改善到-27.3dBm、-25.6dBm,灵敏度改善量为7.0dB和5.2dB。系统实验验证了理论分析的结果,对于解决波分复用(WDM)系统中多路信号的同时再生问题提出了一种可行的解决方案。     

基于“Sellmeier公式的光波波长测量”探究性实验设计

设计了基于Sellmeier公式的光波波长测量装置,该装置以起偏器、旋光片、沃拉斯顿棱镜为核心光学器件,结合"光电探测器"和LabVIEW实验程序,实现通过"相对光强",对单色光波长进行较为快速和准确的测量。     

室内紫外光散射特性的研究

设计了一个以波长275nm的发光二极管为光源、光电二极管为探测器的紫外光传输实验系统。首先测试了该系统在视距和非视距两种传输方式不同距离下的传输特性,然后分别测试了不同光源仰角、探测器仰角下的传输特性,并把实验结果和理论结果进行了对比。结果表明,在非视距方式下,接收功率与光源仰角成反比关系,且距离越远光源仰角对本系统传输特性的影响越小,探测器仰角在30°～60°对本系统传输特性的影响较小。本研究结果给紫外光通信系统的设计提供了一定的参考。     

窄带有机光电探测器的优化设计

针对基于无机材料的光电探测器需要借助滤光器或棱镜耦合实现窄带响应,提出了一种通过有机材料制备窄带光电探测器并提高吸收峰值和降低半高全宽的方法和结构。该器件由分布布拉格反射器和有机光电二极管构成。有机光电二极管的顶电极和底电极之间构成光学微腔。采用传输矩阵法,详细分析了分布布拉格反射器的中心波长、有机光电二极管透明顶电极和光敏感层的厚度对有机光电探测器吸收性能的影响。研究结果表明,Tamm等离激元共振波长接近光敏感层的光学带隙时,可获得半高全宽小于20 nm的窄带响应,并且吸收峰值在70%以上。基于PTB7∶PC~(71)BM和PTB7-Th∶IEICO-4F的有机光电探测器分别可用于探测红光和近红外光。该研究从基本物理机制出发,结合材料和器件结构可将有机光电探测器的响应窗口从可见光拓展至近红外光。     

时分复用到波分复用信道的全光多路波长变换

本文利用VPItransmissiomMaker软件设计模拟了高速时分复用(OTDM)到波分复用(WDM)信道的全光多路波长变换器.完成了一个40Gb信道的OTDM向4×10 Gb的WDM信道的多路变换,变换带宽25 nm.结果表明设计方案可行.本方案还具有以下优点①变换过程在全光域进行;②波长变换和时间信道的解复用同时完成;③可有效降低网络的阻塞率.     

基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器

应用侧边抛磨光纤的倏逝波原理,用光电探测器对光纤侧边抛磨区出射光能进行监测,根据理论和实验分析光纤侧边抛磨区出射光能分布,将具有特殊U型侧边抛磨形状和适当抛磨深度的侧边抛磨光纤与光电探测器精密微封装,制成基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器。测试表明:此全光纤在线光功率监测器对光纤传输的光功率响应特性好,监测器光电转换效率可达200 mA/W以上。测试了器件的插入损耗、波长相关损耗、波长相关光电转换效率和偏振相关损耗等。其波长相关损耗和偏振相关损耗分别为0.3 dB(1 520 nm～1 620 nm)和0.07 dB(1 310nm)。此器件具有对光纤纤芯无破坏、光路中无插入元件、可与光纤系统直接熔接等诸多优点。     

室内可见光通信多径信道建模及MIMO-ACO-OFDM系统性能分析

当通信速率较高时,室内光信号的多径效应不可忽视,当发送端存在时间弥散性时,提出一种室内可见光通信-多输入多输出(VLC-MIMO)多径衰落信道建模方法.由于光正交频分复用(OFDM)技术能有效抵抗码间干扰,故将非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM)和MIMO相结合,建立MIMO-ACO-OFDM系统.用迭代法计算每对LED和光电探测器(PD)之间的冲激响应,连接LED和PD阵列的几何中心作为等效视线传输(LOS)信道,建立了多径信道模型.分析表明,当PD在房间中间时多径信道路径增益大,多径干扰弱;当PD在墙角时信号衰减大,多径干扰强.采用迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)检测,理论推导了系统误码率性能,建立了蒙特卡罗仿真模型.仿真表明,低阶调制时系统有更好的性能.当调制阶数小于64时,MMSE比ZF更有优势,随着信噪比增大两中检测方法得到的系统性能趋于相同;当LED半功率角变小时光束会聚强,PD在房间中心时性能最好,越往墙边性能越差;当PD视场角变小时,虽然在房间中心时接收功率不变,但多径干扰变弱性能变好.     

基于Optisystem的单模光纤WDM系统性能仿真

利用Optisystem实现了单模光纤波分复用(WDM)通信系统。在发送端,产生了四路复用的WDM信号,信道采用单模光纤及光放大器,接收端采用光电二极管。利用光谱显示模块显示了关键节点的光谱,利用眼图模块显示了接收端恢复的电信号的眼图。实验表明,建立的单模光纤通信系统具有良好的可靠性,Optisystem非常适合光纤通信系统课程实验。     

基于混合光纤放大器的波分复用光纤传输系统研究

在研究了入纤功率、光器件的插入损耗以及非归零码中1码出现的概率对系统误码率影响的基础上,提出了一种基于混合光纤放大器的波分复用(WDM)光纤传输系统设计方案,并对该系统的噪声特性进行了详细地研究。提出了一种抑制前向噪声的有效方法,实现了20路WDM信号320km无误码传输。试验结果对基于混合光纤放大器的波分复用光纤传输系统的设计具有一定的指导意义。     

普通单模全光纤化水听器及其驱动电路设计

提出了一种普通单模全光纤化水听器及其驱动电路的设计方法。选择了传输波长为1550nm的单模光纤,采用多量子经阱分布反馈(multi-quantum well distributed feed back, MQW-DFB)半导体激光器作为系统光源,选用MAX3263和MAX038分别设计激光驱动器和高性能正弦波信号发生器,用InGaAs PIN作为光电探测器。实验测试表明：设计的光纤水听器的灵敏度比标准水听器（压电型）高50dB～60dB（在1kHz～30kHz范围）。     

常温下LED串接放大实现QND光学测量

利用高效率的发光二极管(LED)串接放大,采用大面积高效光电探测器面对面耦合,在常温下从实验上实现了被调制的光子数的光学QND测量,获得量子传输系数T=Ts+Tm=18,态制备能力Vs/m=092的测量结果 关键词：     

半导体量子器件物理讲座第七讲半导体异质结光电探测器

光电探测器是一类用于接收光波并转变为电信号的专门器件，文章描述了PIN光电二极`管雪崩光电二极管、MSM（金属－半导体－金属）光电二极管的器件结构和工作原理，并对它们的响应度、噪声、带宽等特性进行了讨论，这类器件已在光通信、光信息处理等许多系统中得到广泛的应用。     

光电探测器光谱响应实验中值得注意的一个问题

在《普通物理实验教学大纲》和《近代物理实验教学大纲》中,都列有关于光电探测器的实验项目(题目是《光电探测器特性》和《光电探测器的光谱响应曲线》)。这反映了光电子器件近年来的迅速发展及其在科学技术中日益增长的重要性。 光谱响应曲线是光电探测器的重要特性之一。用来进行这一实验的器件有真空光电管、光电倍增管、光电导管(光敏电阻)、半导体光电二极管、光电池、光敏晶体管、辐射热电偶堆等等。实验的基本原理是,对一定波长为人的光,光电流的强度I(λ)与单色辐射通量Φ(λ)成正比,即:用单色辐射通量Φ(λ)除所产生的光电流强度…